《计算机导论》-第08章 物联网技术及其应用（16版）

学习目标：了解物联网技术三层架构和关键技术；认识传感器件，了解传感技术和各类识别技术；了解物联网的组网方法和应用领域。10:10:111众说纷纭的

“物联网”1995年，比尔盖茨在《未来之路》中首次描述物联网的场景；

1999年，MIT(麻省理工学院)正式提出“物联网”的概念；

2005年，ITU发布了关于“物联网”的专题报告；此后产生了“机器通讯、泛在计算、感知网络”等新的名词，但进展总是低于预期；

2009年，随着美国新能源战略的出台，以及IBM的“智慧地球”等营销词汇的出现，“物联网”再次“火”起来……“当袖珍个人计算机普及之后，困扰着机场终端，剧院以及其他需要排队出示身份证或票据等地方的瓶颈路段就可以被废除了。比如，当你走进机场大门时，你的袖珍个人计算机与机场的计算机相联就会证实你已经买了机票。开门你也无需用钥匙或磁卡，你的袖珍个人计算机会向控制锁的计算机证实你的身份。”

---比尔盖茨10:10:112目录8.1物联网的定义及架构8.2传感器8.3条形码技术8.4人的识别技术8.5射频识别技术8.6嵌入式系统8.7物联网传输层技术8.8物联网应用案例310:10:1138.1物联网的定义及架构1、物联网：其英文名称是：“Internetofthings（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。10:10:1142.物联网的技术架构10:10:115物联网三层架构感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、红外线、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。10:10:1163、物联网的三项关键技术传感器技术：传感器负责把模拟信号转换成计算机才能处理的数字信号。射频识别技术：英文简称RFID（RadioFrequencyIdentification）技术，特点是隔空识别。嵌入式系统技术10:10:1178.2传感器感知层由传感器和与其相连的传感网(无源传感器)组成，处于三层架构的最底层，这也是物联网最基础的联接和管理对象。最广义来说，传感器是把各种非电量转换成电量的装置，非电量可以是物理量、化学量、生物量等等。810:10:111、常用传感器10:10:119超声波传感器气敏元件红外线传感器水温传感器光强度传感器压力传感器转速传感器土壤温湿度传感器2、汽车传感器10:10:11103、土壤传感器10:10:11118.3条形码技术条形码技术一维条形码二维条形码一维、二维条形码区别10:10:1112条形码应用10:10:11138.4人识别技术1.指纹识别2.虹膜识别3.人脸识别4.掌纹识别10:10:1114

8.5射频识别技术

射频识别即RFID（RadioFrequencyIdentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。5/21/202615RFID基本工作原理10:10:11161.电子标签固定阅读器手持式阅读器阅读器

由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，高容量电子标签有用户可写入的存储空间，附着在物体上标识目标对象；10:10:11172.电子标签的特性数据存储：与传统标签相比，容量更大(1bit—1024bit)，数据可随时更新，可读写。读写速度：与条码相比，无须直线对准扫描，读写速度更快，可多目标识别、运动识别。使用方便：体积小，容易封装，可以嵌入产品内。安全：专用芯片、序列号唯一、很难复制。耐用：无机械故障、寿命长、抗恶劣环境。感应效果：比一般的要好很多。5/21/202618（1）有源电子标签（带电池）10:10:1119RFID可重复使用有源电子锁蓝牙电子标签腕式有源标签3.电子标签RFID的分类10:10:1120（2）无源电子标签（不带电池）原理：无源式电子标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，再经过整流并给电容充电，电容电压经过稳压后可作为工作电压。具有永久的使用期，无源式电子标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。无源电子标签应用案例10:10:1121（3）半有源式电子标签半有源RFID电子标签，是集成了有源RFID电子标签和无源RFID电子标签的优势，作为一种特殊的标示物。在平时情况，其处于休眠状态不工作，不向外界发出RFID信号，只有在其进入低频激活器的激活信号范围时，标签被激活后，才开始工作。5/21/202622（4）一次性电子标签一次性电子标签广泛应用于机场包裹、邮包跟踪，游乐园单项娱乐门票，医院婴儿，病人跟踪，监护所管理，物流、文件袋、商品、衣物……等的跟踪与管理10:10:1123（5）可植入的RFID芯片10:10:1124（6）养殖业上的RFID10:10:1125RFID在身份识别上的应用10:10:1126RFID在车辆管理方面应用10:10:1127RFID在仓储系统中的应用10:10:1128RFID在物流系统的应用10:10:1129RFID在商场管理的应用10:10:11308.6嵌入式系统IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。5/21/2026318.6嵌入式系统10:10:11328.6嵌入式系统1.嵌入式系统的特点（1）系统内核小、功耗低（２）专用性强（３）可裁剪性好（４）高可靠性、高实时性（5）嵌入式软件开发走向标准化5/21/202633嵌入式系统应用10:10:11348.7物联网传输层技术网络传输层位于感知识别层和应用支撑层中间，负责两层之间的数据传输。感知识别层采集的数据需要经过通信网络传输到数据中心、控制系统等地方进行处理或存储网络传输层就是利用公网或者专网以无线或者有线的通讯方式，提供信息传输的通路。10:10:1135网络传输层关键技术短距离无线传输ZigBeeBluetooth(蓝牙)WiFi(Wlan)长距离无线传输2G网络（GPRS、GSM）3G网络（WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000）4G网络GPS卫星定位技术卫星通信技术物联网网关10:10:11361、Zigbee组网无线技术大量多种类传感节点组成的自组网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。WSN网络是神经末稍网，采用Zigbee等专用的短距离通讯技术组网。通信距离：可调，最远可达80-100米频率：2.4GHz带宽：100多Kb电源：子节点5号电池可使用半年-1年，或使用太阳能面板；主节点使用有源电源；主节点可带子节点：200个；10:10:11372、无线蓝牙技术蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的，其传输速率最高为每秒1Mb/s，以时分方式进行全双工通信，通信距离为10米左右，配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。10:10:11383．Wifi无线技术10:10:1139Wifi技术使用空闲的2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属不用许可的无线频段。目前可使用的标准有两个，目前常用的分别是IEEE802.11a、IEEE802.11b，IEEE802.11g和IEEE802.11n4．GSM、3G、4G通信技术10:10:11405、GPS应用技术北斗星二代GPSUSB接口GPSGPS定位、导航、通信iPhone外接GPSGPS模块单片机10:10:11416．卫星通信技术该技术由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。只要等间隔地放置三颗通信卫星，其天线波束就能基本上覆盖整个地球（除两极地区外），实现全球范围的通信。10:10:11427、物联网网关10:10:11437、物联网网关10:10:1144物联网网关是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。8.8物联网应用案例10:10:11451.智慧农业系统10:10:1146终端管理子系统信息发布子系统GSM/CDMALED控制卡LED显示屏无线通讯模块无线通信网应用管理系统GGSN/PDSN公共接口统一门户运营商管理员最终用户终端厂商管理员计费系统营业系统网管系统2、无线LED信息发布10:10:11473、数字医疗前端设备eHealth健康管理家庭网关通过蓝牙与各个医疗检测设备连接通过ADSL或3G网络上行通讯视频通讯，与社区医生面对面沟通健康参数查询，慢性病给药提醒通过健康知识问答，培养良好生活习惯指标：血压/血氧/心电/心率/体温晶体管显示直流供电，内置可插拔锂电池支持USB及蓝牙连接10:10:1148指导急救指标服务平台测量事件医生健康管理团队健康管理专员上报住家病人或社区血压，心电，血氧，体温,…采用慢性病管理：救护车家庭成员叫救护车&通知家庭成员监护人关心家庭成员监护人应用上门医生医用上网本绿色就医通道计划计费结算电子病历数字医疗系统10:10:11494、智能环保—水质监测10:10:11505、物联网的市场前景物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照对物联网的需求，需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。物联拥有业界最完整的专业物联产品系列，覆盖从传感器、控制器到云计算的各种应用。

10:10:1151本章小结：本章主要介绍了物联网的相关知识，主要有以下要点：（1）物联网的架构和关键技术，感知层、网络层和应用层的含义；（2）传感器技术